通过顶部籽晶溶液生长法从溶液中生长碳化硅的建模（TSSG）

通过 TSSG 法生长大型 SiC 坩埚是一个长期过程，在此过程中，石墨坩埚不仅是熔体的容器还用作碳源，由于坩埚壁具有化学活性，其形状会因一方面碳的溶解和另一方面碳或多晶 SiC 的沉积而发生显著变化。这种涉及坩埚壁厚度和内壁形状变化的坩埚演变不仅决定了碳浓度，还会影响热曲线和流动模式。后者对于射频加热尤为重要，因为壁厚的变化会影响溶液中洛伦兹力的分布。

CGSim 软件的功能包括射频加热建模、洛伦兹力建模、溶液和气体流动建模（包括加速坩埚旋转技术 (ACRT)）、应力和位错建模。CGSim 软件中实施的化学模型为用户提供了易于获得的金属溶剂 (Me) 选择：Cr、Ti、Al、Fe。 用户可以选择其中一种可用的金属溶剂，并指定初始溶液成分。化学边界条件不仅可以自动计算，还会考虑坩埚溶解的溶液成分以及熔体的相应物理特性进行自动计算。因此，CGSim 软件可以计算出 SiC 生长速率、坩埚溶解率和再结晶速率。

Typical flow vectors and temperature distribution

Instantaneous velocity magnitude (m/s) distribution along the vertical cross section and flow stream-lines

in the solution for the growth process times of 0 (left) and 6 h (right) in the 3D computation

文献[1]对 SiC TSSG 法生长过程中石墨坩埚形状变化对传热、流动模式、质量传输和电磁场影响进行了详细的 2D-3D 数值研究。使用 2D 轴对称稳态整体传热和传质模型计算了生长过程各阶段的石墨坩埚形状。每个阶段获得的坩埚几何形状被用于 3D 非稳态模拟。研究结果表明坩埚形状的变化对温度、射频加热系统引起的洛伦兹力分布、流动模式、溶液中的碳浓度以及 SiC 的生长率都有显著影响，见图 2。

湍流的影响，优化ACRT

加速坩埚旋转技术（ACRT）可用于 SiC 的溶液生长。在这种技术中通过改变坩埚旋转方向来实现搅拌，如图 3 所示。熔体中的湍流的加剧增强了对流，促进了碳向籽晶的传输。此外，湍流还能提高熔体中的热均匀性，进而使坩埚的溶解速率更加均匀。对这种技术进行精确的建模分析需要使用先进的湍流模型。在 CGSim 软件中，LES 湍流模型已实施并用于 ACRT 建模。

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Alternating the direction of crucible rotation in ACRT

Publications:

[1] “Numerical investigation of the effect of shape change in graphite crucible during top-seeded solution growth of SiC” by Yuji Mukaiyama, Masaya Iizuka, Andrey Vorob’ev, Vladimir Kalaev, Journal of Crystal Growth 475 (2017) 178–185